DE10132119A1

DE10132119A1 - Motorized stop, especially photographic objectives, for optical units has linearly movable stop lamella pair connected to stepper motor rotor via slot-shaped curved paths

Info

Publication number: DE10132119A1
Application number: DE2001132119
Authority: DE
Inventors: Ulrich Claus; Hendrik Weise
Original assignee: CLAUS BILD und DATENTECHNIK GM
Current assignee: CLAUS BILD und DATENTECHNIK GM
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-16

Abstract

The motorized stop has a linearly movable stop lamella pair (12,14) connected to a stepper motor (11) rotor via slot-shaped curved paths (13,15) so that a dosed approaching or separating movement of the lamellas takes place per motor step and an accurately defined opening area between the two stop lamellas is exposed.

Description

Die Erfindung betrifft alle Baugruppen der technischen Optik, insbesondere fotografische Objektive, mit einem elektromechanisch verstellbaren Blendendiaphragma. The invention relates to all assemblies of technical optics, especially photographic lenses, with an electromechanical adjustable diaphragm.

In bestimmten Anwendungssituationen können folgende Probleme auftreten:

1. Bekannte elektromechanisch betätigte Blenden von Objektiven besitzen zum Verstellen der Blendenlamellen Gleichstrommotoren, Gyratoren oder Drehspul-Antriebe, denen gemeinsam ist, dass sie zu einem Echtzeit- Regelkreis gehören, bei dem in den Grenzen des Bildausschnitts die hinter der Blende verbleibende mittlere Lichtmenge als Regelgröße und die gesteuerte Blendenöffnung im Zusammenspiel mit der Belichtungszeit als Steuergröße wirken. Zur Gewinnung der Regelgröße wird entweder das Signal des Bildwandlers selbst oder das eines zusätzlichen Wandlers in einem adäquaten Parallelkreis ausgewertet. Ohne den ständig wirkenden Regelkreis sind solche Blenden nicht beherrschbar. Dies setzt voraus, dass stets ein zum Augenblick der Aufnahme direkt auswertbares Lichtsignal vorhanden ist. In bestimmten Aufgabenstellungen, zum Beispiel bei programmierten Blendenänderungen, wird diese Voraussetzung nicht erfüllt.
2. Bekannte Objektivblenden mit Schiebelamellen, die einerseits mit wenigen Bauelementen konstruiert sein können, benötigen andererseits einen großen Randbereich neben der maximalen Blendenöffnung als Spielraum für die Blendenlamellen, was in kleinen Objektiven zu Platzproblemen führt.

The following problems can occur in certain application situations:

1. Known electromechanically actuated diaphragms of lenses have DC motors, gyrators or moving coil drives for adjusting the diaphragm lamellae, which have in common that they belong to a real-time control circuit in which, within the limits of the image section, the average amount of light remaining behind the diaphragm is used as the controlled variable and the controlled aperture in combination with the exposure time act as a control variable. To obtain the controlled variable, either the signal of the image converter itself or that of an additional converter is evaluated in an adequate parallel circuit. Such diaphragms cannot be controlled without the constantly operating control loop. This presupposes that there is always a light signal that can be evaluated directly at the time of the recording. This requirement is not met in certain tasks, such as programmed aperture changes.
2. Known lens diaphragms with sliding lamellae, which on the one hand can be constructed with a few components, on the other hand require a large edge area in addition to the maximum diaphragm opening as a space for the diaphragm lamellae, which leads to space problems in small lenses.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Blende aus möglichst wenigen mechanischen Einzelteilen so aufzubauen, dass sie auch für kleine Objektivdurchmesser geeignet ist und die jeweilige Blendenöffnung direkt, also ohne erforderlichen Regelkreis, anzusteuern. The invention is based on the problem of making an aperture possible to assemble a few mechanical individual parts so that they can also be used by small Lens diameter is suitable and the respective aperture opening directly, that is, without the need for a control loop.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 und/oder 4 genannten Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den weiteren Schutzansprüchen beschrieben. This problem is solved with the protection claims 1 and / or 4 Features resolved. Further configurations are in the others Protection claims described.

Erfindungsgemäß sind zwei gegeneinander verschiebliche Blendenlamellen über schlitzförmige Kurvenbahnen und kreisförmig bewegte Mitnehmer so mit dem Rotor eines Schrittmotors verbunden, dass bei jedem Schritt des Motors eine dosierte Annäherungs- oder Abweisungsbewegung der Blendenlamellen zueinander erfolgt. Durch diese Relativbewegung der Lamellen zueinander und deren zweckmäßig geformte Kontur wird zwischen den beiden Blendenlamellen eine in ihrer Größe veränderliche Öffnung freigegeben. Da der Antrieb über einen Schrittmotor mit fest definierten Schrittwinkeln erfolgt, ist auch die sich für jeden Schritt ergebende Blendenöffnung genau definiert. Außerdem ist mit dem Schrittmotorantrieb eine schnelle Erreichbarkeit der jeweiligen Blendenöffnung ohne Einschwingvorgänge gegeben. According to the invention are two mutually displaceable diaphragm blades via slotted cam tracks and circularly moving drivers connected to the rotor of a stepper motor that at each step of the Motors a dosed approach or rejection movement Aperture slats to each other. Through this relative movement of the Slats to each other and their appropriately shaped contour is between the two aperture blades have an opening that is variable in size Approved. Since the drive via a stepper motor with permanently defined Step angle is also the resultant for each step Aperture precisely defined. It is also with the stepper motor drive quick access to the respective aperture without Transient events.

Im Vollschrittbetrieb ist der Schrittmotor nur bei gewollten Veränderungen der Blendenöffnung elektrisch anzusteuern. Während der übrigen Zeiten kann er stromlos sein. Zur eindeutigen Zuordnung der Position sind am Motor zwei Endanschläge in einer bestimmten Winkelposition angebracht. Zwischen diesen Endanschlägen kann der Rotor eine bekannte Anzahl von Schritten als Bewegungsspielraum ausführen. Während der elektrischen Initialisierung der Antriebssteuerung wird der Motor mit so vielen Schritten in eine Richtung verdreht, wie im Bewegungsspielraum vorhanden sind. Sobald der Anschlag erreicht ist, erfolgt keine weitere Bewegung. Unabhängig von der ursprünglichen Position befindet sich der Rotor danach in einer definierten Anfangsstellung, so dass jeder weitere Schritt genau der elektrisch übermittelten Vorgabe entspricht, solange der Bewegungsspielraum nicht überschritten wird. Eine Rückkopplung der tatsächlichen Position ist also unnötig. In full step mode, the stepper motor is only when you want it Control changes in the aperture opening electrically. During the other times it can be without power. For the clear assignment of the Position are two end stops in a certain position on the motor Angular position attached. The rotor can be between these end stops perform a known number of steps as a range of motion. During the electrical initialization of the drive control, the Motor rotated in one direction with as many steps as in There is room for maneuver. As soon as the stop is reached there is no further movement. Regardless of the original The rotor is then in a defined position Starting position, so that every further step is exactly the electric transmitted specification corresponds as long as the freedom of movement does not is exceeded. So there is a feedback of the actual position unnecessary.

Für optische Blenden ist es üblich, die Größe der Blendenschritte so zu wählen, dass sich von Stufe zu Stufe stets der gleiche Zuwachs der Fläche ergibt. Für den Sprung von einem ganzen Blendenwert zum Nächsten, also z. B. von Blende 5, 6 auf 8, wird die Öffnungsfläche jeweils verdoppelt. Um solche festen Blendenschritte den Motorschritten zuordnen zu können, bekommen die beiden Schiebelamellen Kurvenbahnen die so konstruiert sind, dass sie die Differenz der beiden Bewegungsfunktionen zueinander ausgleichen und zwischen zwei beliebigen Motorschritten stets das gleiche Flächenverhältnis der zugehörigen Blendenöffnungen besteht. It is common for optical diaphragms to increase the size of the diaphragm steps choose that from level to level there is always the same increase in area results. For the jump from an entire aperture value to the next, so z. B. from aperture 5, 6 to 8, the opening area is doubled in each case. In order to be able to assign such fixed aperture steps to the motor steps, get the two sliding slats curved tracks that are constructed so that they are the difference of the two motion functions to each other balance and always the same between any two motor steps Area ratio of the associated aperture openings exists.

Die exakte Konstruktion der Kurvenbahnen kann entweder konstruktiv oder auf analytischem Wege erfolgen. The exact construction of the cam tracks can either be constructive or done analytically.

Für die weiteren Betrachtungen gelten folgende Bezeichnungen:
r = Radius des Mitnehmers
b_i = Öffnungslänge der Blendenlamelle
α = Schrittwinkel
w_i = Korrekturstrecke der Kurvenbahn in Verschieberichtung
A_i = Fläche der wirksamen Blendenöffnung
x_i = Stellweg des Schrittmotors horizontal
y_i = Stellweg des Schrittmotors vertikal
k = Schrittfaktor (für genau einen Blendenschritt: k = 2) The following terms apply to further considerations:
r = radius of the driver
b _i = opening length of the diaphragm blade
α = step angle
w _i = correction path of the cam track in the direction of displacement
A _i = area of the effective aperture
x _i = travel range of the stepper motor horizontal
y _i = vertical travel of the stepper motor
k = step factor (for exactly one aperture step: k = 2)

Index i bezeichnet den jeweils betrachteten Motorschritt; i = 0 entspricht der größten Öffnung. Index i denotes the motor step considered in each case; i = 0 corresponds the largest opening.

Die durch die Bewegung des Mitnehmers bedingte Wegstrecke in Verschiebungsrichtung berechnet sich nach

yi = rsin(iα).
The distance in the direction of displacement caused by the movement of the driver is calculated

yi = rsin (iα).

Die Blendenöffnung hängt von der Öffnungslänge mit A_i = 2b_i ² ab. Hieraus errechnet sich über

die Funktion der Öffnungslänge

The aperture depends on the opening length with A _i = 2b _i ² . From this is calculated

the function of the opening length

Die Korrekturstrecke läßt sich nun als Differenz zwischen der Mitnehmerbewegung und der Änderung der Öffnungslänge wie folgt ermitteln:

The correction distance can now be determined as the difference between the driver movement and the change in the opening length as follows:

Die zugehörige Koordinate für x berechnet sich jeweils nach

x_ircos(iα).
The associated coordinate for x is calculated in each case

x _i rcos (iα).

Mit diesen Beziehungen ist für jeden beliebigen Anwendungsfall die Kurvenbahn berechenbar. With these relationships is for any application Predictable cam track.

Der gleiche Bewegungsspielraum, den die Blendenlamellen zur Variation der Blendenöffnung realisieren müssen, tritt auch an den Außenseiten der Lamellen auf. Gleichzeitig muss die optisch wirksame Objektivöffnung in ihrem gesamten Durchmesser außerhalb der Blendenöffnung vollständig verdeckt werden. Das führt im Normalfall dazu, dass die Lamellen genügend lang sein müssen, was wiederum einen Bewegungsspielraum über den Objektivdurchmesser hinaus bedingt. Um solche Ausleger, die zu größeren Abmessungen führen, zu vermeiden, wird an der Rückseite der eigentlichen Blendenlamelle eine Schlepplamelle angebracht, die zu einer Faltung der Außenkontur führt. The same range of motion that the aperture blades for varying the Need to realize aperture also occurs on the outside of the Slats on. At the same time, the optically effective lens opening in their entire diameter outside the aperture completely be covered. This usually means that the slats are sufficient must be long, which in turn gives them room to maneuver Objective diameter conditional. To such booms that are too big Dimensions to avoid, is at the back of the actual A slat attached to a folding of the Outer contour leads.

Insgesamt wird mit der Erfindung erreicht, dass ein kompletter motorischer Blendenantrieb mit einigen wenigen, einfach zu fertigenden, mechanischen Bauteilen äußerst klein aufzubauen ist und dass mit Hilfe des Schrittmotors feste Blendenöffnungen ohne einen erforderlichen Regelkreis direkt ansteuerbar sind. Overall, the invention achieves that a complete motorized aperture drive with a few, easy to manufacture, mechanical components is extremely small and with the help of the stepper motor fixed aperture without a required Control loop can be controlled directly.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is explained with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 den konstruktiven Aufbau, Fig. 1 shows the structural design,

Fig. 2 den geometrischen Zusammenhang und Fig. 2 shows the geometric relationship

Fig. 3 die konstruierte Kurvenbahn. Fig. 3 shows the constructed cam track.

Um den fest vorgegebenen Schrittwinkeln des verwendeten Schrittmotors (11) gleichgroße Blendenschritte zuordnen zu können, sind die schlitzförmigen Kurvenbahnen (13, 15) in den gegensinnig verschiebbaren Blendenlamellen (12, 14) für die kreisförmig bewegten Mitnehmer (16) so geformt, dass die sich ergebende Öffnung (17) der Blende bei jedem Schritt stets den gleichen Zuwachs erhält. Für einen ganzen Blendenwert heißt das, mit jedem Motorschritt verdoppelt oder halbiert sich die wirksame Fläche. Eine zusätzliche Schlepplamelle (18) dient der Abdeckung der Rückseite der Blendenlamelle (14), um einen großen Verschiebebereich der Blende bei kleinem Platzbedarf zu gewährleisten. In order to be able to assign diaphragm steps of the same size to the fixed step angles of the stepper motor ( 11 ) used, the slit-shaped cam tracks ( 13 , 15 ) in the diaphragm slats ( 12 , 14 ), which can be moved in opposite directions, are shaped for the circularly moving drivers ( 16 ) in such a way that they move resulting opening ( 17 ) of the aperture always receives the same increase in each step. For an entire aperture value, this means that the effective area is doubled or halved with each motor step. An additional drag lamella ( 18 ) serves to cover the rear of the diaphragm lamella ( 14 ) in order to ensure a large displacement area of the diaphragm with a small space requirement.

Das Baugruppengehäuse (19) wirkt über die vertieft geführten Blendenlamellen als Anschlag. The module housing ( 19 ) acts as a stop via the recessed diaphragm blades.

Die quadratische Ausführung der Blendenöffnung in diesem Ausführungsbeispiel gewährleistet eine ständig symmetrische Öffnung über den gesamten Stellbereich. The square version of the aperture in this Embodiment ensures a constantly symmetrical opening the entire setting range.

Claims

1.Motor aperture for optical assemblies with a linearly displaceable pair of diaphragm plates, characterized in that the two mutually displaceable diaphragm plates are connected to the rotor of a stepper motor via slot-shaped cam tracks in such a way that each step of the motor results in a metered approach or rejection movement of the diaphragm plates and thereby a precisely defined opening area between the two diaphragm blades is released.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least one Stop to limit the rotational movement is present, the to Setting a defined starting angle is used.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Curve tracks are constructed so that between any two Motor steps always the same area ratio of the associated There are apertures.

4. Motorized aperture for optical assemblies with a linear Slidable pair of diaphragm blades, characterized in that in addition the two diaphragm blades mentioned at least one more Drag lamella is arranged, the outside of at least one Covering the slat as it moves towards the center.